Новое пилотное исследование выявило прорыв в области очистки сточных вод, который одновременно увеличивает производство возобновляемого газа и резко снижает эксплуатационные расходы.
Университет штата Вашингтон превратил экологический ущерб, наносимый осадком сточных вод, в ценный энергетический ресурс.
Успешная пилотная программа подтвердила эффективность метода очистки сточных вод, обеспечивающего двойную выгоду: он позволяет более эффективно производить более чистый природный газ и снижает общие затраты на утилизацию отходов.
Примечательно, что предварительная обработка местного осадка сточных вод привела к увеличению производства возобновляемого природного газа на 200 процентов и одновременному снижению затрат на его утилизацию вдвое.
Этот газ высокой чистоты служит прямой, экологически чистой заменой ископаемому топливу, способным отапливать дома, вырабатывать электроэнергию и обеспечивать работу транспорта с использованием существующей инфраструктуры.
«Эта технология, по сути, преобразует до 80 процентов осадка сточных вод в нечто ценное», — сказала Биргитте Аринг, профессор Лаборатории биопродуктов, наук и инженерии Университета штата Вашингтон и Школы химической инженерии и биоинженерии им. Джина и Линды Войланд.
«Если нам удастся повторить эту работу на других органических материалах, мы получим технологию очистки отходов, которая будет соответствовать мировым стандартам эффективности», — добавил ведущий автор исследования.
Высокий коэффициент конверсии
В стране насчитывается около 15 000 таких предприятий, и очистка сточных вод представляет собой огромную и постоянную нагрузку на американскую энергосистему.
Эти заводы печально известны своим энергозатратностью, потребляя почти 4 процента всей электроэнергии страны на переработку бытовых отходов.
Для многих небольших населенных пунктов местная очистная станция является не просто коммунальным предприятием, а крупнейшим потребителем электроэнергии во всем регионе.
Кроме того, в результате очистки сточных вод ежегодно выбрасывается 21 миллион метрических тонн парниковых газов.
Эти установки работают медленно и создают много мусора, поскольку используют анаэробное сбраживание для переработки отходов.
Микробы с трудом расщепляют сложные и трудноусвояемые молекулы, содержащиеся в человеческих отходах, оставляя после себя горы «биоотходов», которые обычно оказываются на свалках.
Команда WSU разработала двухэтапный удар.
Благодаря интеграции передовых методов предварительной обработки с новым штаммом бактерий, команда создала модель «циклической биоэкономики», которая превосходит существующие стандарты очистки сточных вод.
Сначала, на этапе предварительной обработки, осадок нагревали до высоких температур и подвергали воздействию кислорода. Под давлением кислород действует как химическая цепная пила, измельчая длинные молекулярные цепочки на кусочки, пригодные для бактерий.
После этого был внедрен недавно открытый и запатентованный штамм бактерий. В отличие от многих промышленных методов, основанных на использовании токсичных химикатов или дорогостоящих катализаторов, этот микроорганизм неприхотлив в обслуживании.
«Этому насекомому ничего не нужно — это настоящая рабочая лошадка. Ему не требуются органические добавки или много внимания. Ему достаточно воды и витаминных таблеток», — отметил Аринг в пресс-релизе.
Снижение стоимости лечения
Этот штамм бактерий преобразует углекислый газ и водород в 99-процентный метан, или возобновляемый природный газ. Благодаря повышению эффективности, стоимость очистки снизилась почти вдвое, с 494 до 253 долларов за тонну.
Получив патент через Управление инноваций и предпринимательства Университета штата Вашингтон, команда теперь сотрудничает с промышленностью для масштабирования технологии для коммерческого использования.
Профессор Аринг отмечает, что система максимизирует выход метана, одновременно производя газ, готовый к транспортировке по трубопроводу.
Проект объединяет передовые методы предварительной обработки с биологической модернизацией для создания новой масштабируемой модели циклической биоэкономики, преобразуя управление отходами в высокоэффективную систему рекуперации энергии.
Если им это удастся, то 21 миллион метрических тонн парниковых газов, которые в настоящее время выбрасываются в атмосферу водоочистными сооружениями, могут остаться в прошлом.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal.
Sourse: interestingengineering.com
